浅析煤矿供电系统功率因数的改善
摘要：在矿山供电系统中,绝大部分负荷都具有电感特性,它们都需要从供电系统吸收无功功率,当有功功率需要保持恒定,无功功率需要量增大将对供电系统产生以下影响:降低发电设备和供电设备的利用率;增加输电线路和发电机的功率损失;使线路电压降增大,降低电能质量。
关键词：矿山供电;有功功率;无功功率;功率因数
Abstract: in the mine in the power supply system, and most of the load are inductance characteristic, they all need from the power supply system absorbs reactive power, when active power needs to maintain a constant, reactive power requirements increase of the power supply system will create the effect: to lower the power generation equipment and power supply equipment utilization; Increase the transmission lines and generator power loss; Make circuitry voltage drop increases, reduce the power quality.
Keywords: mine power supply; Active power; Reactive power; Power factor
由于矿山企业采用大量的感应电动机和变压器等用电设备(如带镇流器的日光灯、交流接触器等),供电系统除供给有功功率外还需供给大量无功功率,使发电和输配电设备的能力不能充分利用,为此,必须提高用户的功率因数,减少对电源系统的无功需求量。
功率因数就是在交流电量中有功功率与视在功率之比值,用λ表示,即:λ=p/s=cosφ。它是一项重要的力能经济指数,如上面所述的用电设备,它们的功率因数都比较低,满负荷时约为0.7~0.85;轻载时在0.5以下,功率因数不高原因是由于电感性负载的存在,而电感性负载的功率因数之所以小于1,是由于负载本身需要一定的无功功率。按照供用电规则,高压供电的工业企业的平均功率因数不小于0.95,其它单位不低于0.9。
一、无功功率需要量增大将对供电系统产生以下影响:
（一）降低发电设备和供电设备的利用率
发电机、变压器额定容量,是根据额定电压UN和额定电流IN设计的。额定电压和额定电流的乘积,即为额定视在功率Sr=UNIN,它代表设备的额定容量,在数值上等于允许发出的最大功率。因为发电机在额定工作状态下发出的有功功率为:PN=UNINcosφ
煤矿井下供电设计规范-GB--
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煤矿井下供配电设计规范 GB５0４17-２０07 中华人民共和国建设部 ２0０7年05月21日发布２007年12月01日实施 煤矿井下供配电设计规范
GＢ5０417-2007 20０7—0５—21 发布 2007—12—0１实施 中华人民共和国国家建设部联合发布中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中华人民共和国国家标准、中国煤炭建设协会主编、中华人民共和国建设部公告第6４6号，建设部关于发布国家标准《煤矿井下供配电设计规范》的公告，现批准《煤矿井下供配电设计规范》为国家标准,编号为 GB50417—２０0７,自２0０7年12月1日起实施。其中,第2.0.1、2.Ｏ.3、2.0.5、2.0.6、2.０.９、4.1.1、４.2．1、４.２.9、5.1.3、5.1．４（４.5．6)、6．1.4、６.3.1(4)、７.１.１、7.1．2、７．１.3、７．１.4、7.1．5、7.2.１、7.2．8 条(款)为强制性条文，必须严格执行。本规范由建设部标准定额研究所组织中国计划出版社出版发行。 中华人民共和国建设部二OＯ七年五月二十一日 前言 本规范是根据建设部建标函[2005]12４号文件《关于印发“２０05年工程建设标准制定、修订计划(第二批）”的通知》的要求，由中煤国际工程集团武汉设计研究院会同有关单位共同编制完成的。本规范在编制过程中,编制组认真分析、总结和吸取了十几年来国内外煤矿井下供配电采用新技术、新装备的经验及新的科研成果。所引用的技术参数和指标，是生产实践经验数据的总结。特别是高产高效工作面近几年发展较快，其供配电系统有了比较成熟的运行实践经验。编制组广泛征求了有关单位意见,经反复修改，最后经审查定稿。本规范共8 章，内容涉及煤矿井下供电的各个方面，主要包括: 总则、井下供配电系统与电压等级、井下电力负荷统计与计算、井下电缆选择与计算、井下主(中央)变电所设计、采区供配电设计、井下电气设备保护及接地、井下照明等。适用于煤矿井下供电设计咨询的各个阶段。本规范以黑体字标志的条文为强制性条文,必须严格执行。本规范由建设部负责管理和对强制性条文的解释，由中国煤炭建设协会负责日常管理,由中煤国际工程集团武汉设计研究院负责具体技术内容的解释。本规范在执行过程中，请各单位结合工程实践，认真总结经验,如发现需要修改或补充之处，请将意见和建议寄交中煤国际工程集团武汉设计研究院（地址：湖北省武汉市武昌区武珞路44２号，邮编:4300６4)，以便今后修订时参考。 本规范主编单位、参编单位和主要起草人。主编单位：中煤国际工程集团武汉设计研究院，参编单位：煤炭工业郑州设计研究院、煤炭工业合肥设计研究院，主要起草人：张建民周秀隆于新胜刘兴晖刘建平马自玫张焱杨敢李明胡腾蛟周桂华杨晓明 目次 1．总则
某煤矿（整合0.15Mt/a）供电设计 （仅供参考） 第一节供电电源 一、供电电源 某煤矿矿井双回路电源现已形成，其中：一回路电源由1#变电所10kV直接引入，LGJ-70型导线，距离矿区7公里；另一回路电源由2#变电所10kV直接引入，LGJ-120型导线，距离矿区20公里。 第二节电力负荷计算 经统计全矿井设备总台数84台，设备工作台数66台；设备总容量1079.64kW，设备工作容量696.34kW，计算负荷为： 有功功率：513.24 kW 无功功率：425.94 kVar 自然功率因数COSΦ＝0.77 视在功率：666.96 kVA 考虑有功功率和无功功率乘0.9同时系数后： 全矿井用电负荷 有功功率：461.92 kW 无功功率：383.35 kVar 功率因数COSΦ＝0.77 视在功率：600.27 kVA 矿井年耗电量约243.89万kW·h，吨煤电耗约16.26kW·h/t。 负荷统计见表1。 第三节送变电 一、矿井供电方案 根据《煤矿安全规程》要求，矿井应有两回电源供电，当任一回路发生故障停止供电时，另一回路应能担负矿井全部负荷。根据本矿井现有的电源条件，设计在本矿井工业场地内建10kV变电所。两回10kV电源分别引自10kV 1#变电所
和2#变电所。 二、10kV供电线路 设计对线路导线截面，按温升、经济电流密度、线路压降等校验计算如下： 1、根据经济电流密度计算截面积 导线通过的最大电流：（两回10kV线路，当一回故障检修时，另一回10kV线路向本矿供电时，导线通过的电流最大） I j＝P／（3UcosΦ）＝513.24／（1.732×10×0.77）＝38.5A 导线经济截面： S＝I j／J＝38.5／0.9＝42.8mm2（J为经济电流密度） 通过计算，实际选用的钢芯铝绞线截面满足要求。 2、按电压降校验 由10kV1#变电所和2#变电所向本矿工业场地10kV变电所供电的两回10kV线路供电距离分别为7km和20km，正常情况下两回线路同时运行，当两回10kV线路中一回线路事故检修时，由另外一回10kV线路向本矿供电。按正常情况及事故情况对两回电源线路分别做电压降校验如下：1）正常情况下 两回10kV线路同时运行，线路电压损失： ⑴1#变电所10kV供电线路电压损失： ΔU％＝Δu％PL／2 ＝0.745×0.51324×7／2 ＝1.34％。 线路能满足矿井供电。 ⑵2#变电所10kV供电线路电压损失： ΔU％＝Δu％PL／2 ＝0.555×0.51324×20／2 ＝2.85％。 线路能满足矿井供电。 2）事故情况下 单回10kV供电线路电压损失： ⑴1#变电所10kV供电线路电压损失：
6．调试图所示晶闸管电路，在断开负载R d测量输出电压U d是否可调时，发现电压表读数不正常，接上R d后一切正常，请分析为什么？ 习题2图 解：当S断开时，由于电压表内阻很大，即使晶闸管门极加触发信号，此时流过晶闸管阳极电流仍小于擎住电流，晶闸管无法导通，电流表上显示的读数只是管子漏电流形成的电阻与电压表内阻的分压值，所以此读数不准。在S合上以后，Rd介入电路，晶闸管能正常导通，电压表的读数才能正确显示。 7．画出图1-35所示电路电阻R d上的电压波形。 图1-35 习题3图 解： 8．画出单相半波可控整流电路，当 =60°时，以下三种情况的d u、T i及T u的波形。 1）电阻性负载。 2）大电感负载不接续流二极管。 3）大电感负载接续流二极管。 解：（1）波形如图
（a ）电阻性负载波形图 （b ）电感性负载不接续流二极管 1. （c ）电感性负载接续流二极管将直流电逆变为某一频率或可变频率的交流电直 接( 供给 非电源 负载 )的过程称为无源逆变。 2. 在晶闸管有源逆变电路中，绝对不允许两个电源电动势( 反极性串 联 )相连。 3. 单相全控桥电阻性负载电路中，晶闸管可能承受的最大正向电压为( C ) A. U 2 B.2U 2 C. U 2 D. U 2 三相半波可控整流电路中三个晶闸管的触发脉冲相位按相序依次互差 （ 120° ）。
4.双窄脉冲触发是在触发某一号晶闸管时，触发电路同时给 ( 前)一号晶闸管补一个脉冲。 5.晶闸管是四层三端器件，三个引出电极分别为：阳极、阴极和 （门）极。 6.将直流电逆变为某一频率或可变频率的交流电直接( 供给非电源 负载)的过程称为无源逆变。 7.在晶闸管有源逆变电路中，绝对不允许两个电源电动势( 反极性串 联)相连。 8.电力电子器件是直接用于主电路中，实现（电能）的变换或控 制的电子器件。 9.降压斩波电路中通常串接较大电感，其目的是使负载电流( 连 续) 10.在电力电子电路中GTR工作在开关状态, 在开关过程中，在（截止 区）和（饱和区）之间过渡时，要经过放大区。 11.根据（面积等效原理），SPWM控制用一组（等 幅不等宽）的脉冲来等效一个（正弦波）。 12.斩波电路有三种控制方式：（:脉冲宽度调制）、 （脉冲频率调制）和（混合型）。其中最常用的控制方式是：（脉冲宽度调制）。 11、电力电子电能变换的基本类型：（AC/AC）、（AC/DC）、（DC/DC）、（DC/AC）。 13.抑制过电压的方法之一是用（电容）吸收可能产生过电压的能 量，并用（电阻）将其消耗。 14.把晶闸管承受正压起到触发导通之间的电角度称为( 触发 角)。 15.为了保证晶闸管可靠与迅速地关断，通常在管子阳极电压下降为零之后，加 一段时间的( 反向)电压。 16.单相半波可控整流电路，当电感性负载接续流二极管时，控制角的移相范围 为( 0~ 180 )。 17.由于电路中共阴极与共阳极组换流点相隔60。，所以每隔60。有一次
1 总则 1.0.1 本条明确了《煤矿井下供电设计规范》（以下简称“本规范” ）的指导思想和制定本规范的目的。 1.0.2 规定了本规范的适用范围。 1.0.3 技术创新是工程设计的灵魂，只有不断创新和进步，在矿井建设中使用安全可靠的新设备、新器材，才能不断促进矿井的安全生产，不断提高矿井建设的经济效益；设计规范是工程实践的总结，当设计规范的某些条款明显落后于工程实践时，工程设计可以有条件地、慎重地突破规范的规定，及时采用经工程实践证明是成熟可靠的新技术。
2 井下供配电系统与电压等级 2.0.1本条文对突然中断供电可能造成重大的人身伤亡或经济财产损失的井下主排水设备、人员提升设备等规定按一级负荷要求供电。为一级负荷供电的两个电源及线路，要求在任何情况下都不至于同时受到损坏，以确保供电的连续性，从而保证主排水设备、人员提升设备等的正常运转，这是必须满足的条件。 2.0.2本条文对突然中断供电可能造成生产秩序混乱或较大经济财产损失的井下主要生产设备等规定按二级负荷要求供电。二级负荷要求 在条件许可时应尽量采用两回电源线路供电，但并不要求回电源线路 必须来自两个电源；在条件不具备时，第二路电源线路可引自其他二级负荷用电设备处或采用单回专用电源线路供电。 2.0.3井下主（中央）变电所主要向井下主排水泵房的一级用电负荷和主要生产负荷供电，要求供电可靠、电能充足。所以，要求供电电源线路不少于2回，且当任一回路停止供电时，其余回路的供电能力应能承担井下全部负荷的用电要求。 2.0.5本条文之所以规定井下供电的变压器或向井下供电的变压器或发电机中性点不直接接地，是因为变压器或发电机中性点直接接地系统存在以下问题：1 .人身触电电流太大。在变压器中性点直接接地系统中，人身触 电电流为： U? I o= R Z +R r 在人身电阻Rr （=1000Q）不变情况下，由于井下环境潮湿，中性点接地电阻FZ 一般都小于2Q,因此，井下人身触电电流I①都远大于30mA 的安全触电电
9矿山生产系统设计 9．4 供电系统设计 9.4.1 概述 一供电的重要性和基本要求 电力是企业生产的主要能源。对企业应做到可靠、安全全和生产的需要，企业对供电提出以下基本要求：供电安全、供电可靠、供电优质、供电经济。 1.供电安全 在电能的供应、分配和使用过程中，不应发生人身伤亡和设备损坏事故。对于煤矿生产来说，由于主要是地下作业，工作环境特殊，供电线路和电气设备易受损坏，可能造成人身触电、电气火灾和电火花引起的瓦斯煤尘爆炸等事故，所以必须严格按照《煤矿安全规程》的有关规定进行供电，确保安全生产。 2.供电可靠 供电可靠就是要求供电具有连续可靠性。供电中断时不仅影响企业生产，而且可能损坏设备，产生废品，甚至发生人身伤亡事故。而煤矿一旦断电，不仅影响产量，还有可能引发瓦斯集聚、淹井、人身伤广和设备损坏，严重时将造成矿井的破坏。为了保证供电的可靠性，通常采用双电源。双电源可来自不同变电所或发电厂或同一变电所的不同母线上。对于煤矿，在一个电源发生故障的情况下，另一电源应能满足对主要个产设备的供电，以保证通风、排水以及生产的正常进行。 3.供电优质 在保证安全和可靠供电的前提下，还要保证供电的质量，用电设备在额定值下运行性能最好。因此要求供电质量方面有稳定的电压和频率，电压和频率足衡量电能质量的重要指标。 具体有以下4项指标： (1)电压：额定电压电压偏差不得超过允许值，电动机±5％，白炽灯+3％~-2.5。 (2)频率：额定频率50Hz，频率偏差不得大于±0.4％~±1％。 (3)波形：正弦波形，波形上不得有高次谐波产生的毛刺，以防造成电力污染。 (4)平衡度：三相电网电压平衡。 4．供电经济 一般考虑下列3个方面； (1)尽量降低企业变电所与电网的基本建设投资。 (2)尽量降低设备材料及有色金属的消耗量。 (3)注意降低供电系统的电能损耗及维护费用。 此外，企业还要求有足够的电能。这不仅要求电力系统或发电厂能提供充裕的电能而且要求企业供电系统的各项供电设施具有足够的供电能力。 二电力负荷分类 为了满足电力用户对供电可靠性的要求，即停电所造成的影响不同．同时又考虑到供电的经济件，根据用电设备在企业中所处的重要地位，以方便在不同情况下区别对待，通常将电力负荷分为3类。 1．一类负荷(一级负荷) 凡因突然小断供电，可能造成人身伤亡事故或重要设备损坏事故，给国民经济造成重大损失的或在政治上产生不良影响的负荷，均属于一类负荷。如钢厂炼
1、串联谐振回路和并联谐振回路哪个呈现的阻抗大？ 答：串联谐振回路阻抗最小，并联谐振回路阻抗最大。 2、现用电压表和电流表分别测量高阻抗和低阻抗，请问为保证精确度，这两块表该如何接线？ 答：对低阻抗的测量接法：电压表应接在靠负荷侧。对于高阻抗的测量接法：电流表应接在靠负荷侧 3、大接地电流系统、小接地电流系统的划分标准是什么？ 答：大接地电流系统、小接地电流系统的划分标准是依据系统的零序电抗X0与正序电抗X1的比值。我国规定： X0/X1≤4～5的系统属于大接地电流系统， X0/X1>4～5的系统属于小接地电流系统。 4、什么叫大接地电流系统？ 答：电力系统中零序电抗X0与正序电抗X1的比值X0/X1≤4～5的系统属于大接地电流系统。通常，中性点直接接地的系统均为大接地电流系统。 5、什么叫小接地电流系统？ 答：电力系统中零序电抗X0与正序电抗X1的比值X0/X1>4～5的系统属于小接地电流系统。通常，中性点不接地或经消弧线圈接地的系统均为小接地电流系统。 6、我国电力系统中性点接地方式有哪几种？ 答：有三种；分别是：直接接地方式（含经小电阻、小电抗接地）、经消弧线圈接地方式、不接地方式（含经间隙接地）。 7、什么是消弧线圈的过补偿？ 答：中性点装设消弧线圈后，补偿后的感性电流大于电容电流，或者说补偿的感抗小于线路容抗，电网以过补偿方式运行。 8、小接地电流系统当发生一相接地时，其它两相的电压数值和相位发生什么变化？ 答：其它两相电压幅值升高倍，超前相电压再向超前相移30°，而落后相电压再向落后相移30°。 9、小电流接地系统中，中性点装设的消弧线圈以欠补偿方式运行，当系统频率降低时，可能导致什么后果？ 答：当系统频率降低时，可能使消弧线圈的补偿接近于全欠补偿方式运行，造成串联谐振，引起很高的中性点过电压，在补偿电网中会出现很大的中性点位移而危及绝缘。 10、为什么在小接地电流系统中发生单相接地故障时，系统可以继续运行1～2h？
煤矿供电系统事故应急预案 1事故类型和危害程度分析 矿井的主通风机、主排水泵、升降人员的立井提升机等设备均为第一类负荷，矿井用电负荷因突然停电，会造成矿井停风、排水中断、正在提升人员的提升机突然停止，可能造成人身伤亡或重要设备损坏，造成重大经济损失。根据危险源评估，35KV、6KV停电的事故类型有： 1.1 地面变电站35KV供电电源发生停电事故或电源线路上的“T”接负荷发生事故，都会造成全矿井停电事故。 1.2 变压器事故 变压器是矿井供电系统中改变电压和传递能量的主要设备，运行一般比较稳定，但有时其各部件接线头发热、变压器油面下降或变压器油变质、绝缘降低引起内部闪络、过电压等原因，致使变压器发生故障或损坏，造成矿井全部或部分停电。 1.3 供电系统设施事故 35KV、6KV系统的供电设施由于线路设施老化，关键设备、系统故障或接地导致高压供电设施线路存在不安全隐患，造成供电系统全部或部分停电。
1.4 雷电的形成与危害 当不同的电荷雷云对架空线路及地面供电设施放电接触一定程度时，会产生激烈放电闪络。由于放电温度高达2万度以上时空气受热剧烈膨胀，产生雷击电流，可达数百千安，雷电放电时间短，电压高，具有很大的破坏力，会造成矿井全部停电。 1.5 电缆着火事故 动力电缆积尘过厚长期高温过负荷绝缘老化击穿引燃、电缆在运行中受到机械损伤、运行中的电缆接头氧化、电缆接头绝缘物质灌注存有空隙或裂纹侵入空气使绝缘击穿爆炸起火、电缆接头瓷套管破裂及引出线相间距离小导致闪络起火等，造成矿井全部或部分停电。 1.6 人为误操作造成事故 操作人员操作思路不清操作错误、违章操作、未严格执行操作票制度及一人操作一人监护制度、造成弧光短路等停电事故。 1.7 可能发生的季节：雷雨季节是供电系统停电的高发季节。 1.8严重程度：以上类型事故，均可造成高压供电系统停电，其后果相当严重，根据停电范围不同，会造成矿井主扇、局扇停风，井下瓦斯积聚，井下空气成分恶化，含氧量降低；
煤矿井下供电设计指导书 （综采篇） 引文：本指导书主要依据GB50417-2007《煤矿井下供配电设计规范》中相关内容进行编制，严格执行《煤矿安全规程》、《煤炭工业设计规范》、《煤矿井下供电设计技术规定》中的有关规定。 第一章井下综采供电设计概述 1、根据地质资料、巷口平面图以及采煤工艺，确定巷道及其设备布置，采煤方法，主要运输设备。 2、根据通风系统的要求，为确保工作面回采过程中通风系统的稳定，选择合适的通风方式，以及局扇通风设备。 3、根据工作面位置确定电源的取向，以及电压等级的确定。 表3 煤矿常用的电压等级及用途
4、根据地质部门提供的水文资料，选择排水设备。 第二章 井下电力负荷统计及计算 我矿工作面均为高产高效工作面，根据工作面基本参数，结合综采配套设备重新定型，电力负荷计算应符合下列规定： 1、能够较精确计算出电动机功率的用电设备，直接取其计算功率； 2、其他设备，一般采用需要系数法计算。 S= cos d K Pe φ ?∑ 式中：S —工作面的电力负荷视在功率（kV A ） ∑Pe—参加计算的所有用电设备额定功率之和,KW Kd —需用系数 Kd = r Klo Kt ηη ?? Klo —同时系数。该工作组在最大负荷时，工作着的用电设 备容量与该组用电设备总容量之比称为同时系数 Kt —负荷系数。该设备组在最大负荷时，工作着的用电设备 实际所需功率与工作着的用电设备总功率之比称为负荷系数，取0.74 r η—线路供电效率。线路末端功率与始端功率之比，一般 为0.95～0.98。
η—用电设备在实际运行功率时的效率,取0.9 cos Φ—加权平均功率因数,取0.85 第三章 变压器的选型 变压器是供电系统中的主要电气设备，对供电的可靠性、安全性和经济性有着重要意义，如果变压器容量选择得过大，不仅使设备投资费用增加，而且变压器的空载损耗也将过大，促使供电系统中的功率因数值减小；如果变压器容量选择得过小，在长期过负荷运行情况下，铜损将增大，使线圈过热而加速老化，缩短变压器寿命，既不安全也不经济。因此，正确的计算负荷和选用变压器是井下供电设计中的重要组成部分，必须予以重视。我矿根据多年来的实践经验，整合了一套计算方法，供有关单位及技术人员参考。 一、根据变压器二次侧实际工作负荷容量来计算 S b = cos d K Pe φ ?∑ 可知 式中:Sb —变压器计算容量,KV A ∑Pe—参加计算的所有用电设备额定功率之和,KW Kd —需用系数 Kd = r Klo Kt ηη ?? Klo —同时系数。该工作组在最大负荷时，工作着的用电设备容 量与该组用电设备总容量之比称为同时系数 Kt —负荷系数。该设备组在最大负荷时，工作着的用电设备实际 所需功率与工作着的用电设备总功率之比称为负荷系数，取0.74
新临江煤矿(水井湾矿井) 供电设计 (一）矿井电源 设计矿井采用两回电源线路供电，一回、二回电源来自大竹木头变电站不同电源母线端，电压10kV ，供电距离2km ，采用一趟LGJ-3×70型架空线路输送至地面变电所。 （二）电源线路安全载流量及电压降校核 1、按经济电流密度选择电源线路截面 全矿计算电流： ） （A 17.699 .01032 .1078=??= I 14.6015 .117.69===J I A n e 2mm 来自大竹县木头变电站的不同母线段导线型号均采用LGJ-3×70。 2 mm ＜702 mm ,满足供电要求，并留有余地。 式中：矿井最大有功负荷。 2、按长时允许负荷电流校验电缆截面 线路LGJ-3×70允许载流量：环境温度为25℃时为275A （查表），考虑环境温度40℃时温度校正系数，则Ix=275×=（A ） Ix=＞I= 3、电源线路压降校核 供电线路LGJ-3×70/10kV 单位负荷矩时电压损失百分数：当cos ∮=时为%/(查表) 则电源线路电压降为：△U 1%=×2×%=%＜5% 式中：电源线路长取2km 。 来自大竹县木头变电站不同母线段两回电源线路电压降均符合要求。 （三）电力负荷 1、矿井采用机械化采煤，投产时期即为最大负荷时期。机电设备布置及使用情况统计详见表10-1。 设备总台数 47台 设备工作台数 36台 设备总容量 设备工作容量 有功负荷 无功负荷 视在功率 功率因数 按补偿后功率因数达到约，则所需补偿电容容量为 ??? ? ??---=1cos 11cos 1202??P Q ??? ? ??-?--?=195.095.01 182.082.012.1078Q = 考虑到电容易的配置及矿井负荷的变化情况，变电所电容易室安装BFMR11-420-3W 型高压电容自动补偿装置2套，补偿无功功率420kvar 。补偿后： 无功功率： 视在功率：
1有功功率——在交流电能的发输用过程中，用于转换成电磁形式的那部分能量叫做有功 2无功功率——在交流电能的发输用过程中，用于电路内电磁场交换的那部分能量叫做无功 3电力系统——由发电机、配电装置、升压和降压变电所、电力线路及电能用户所组成的整体称为电力系统。中性点位移：在三相电路中，电源电压三相负载对称的情况下，如果三相负荷也对称，那么不管有无中性点，中性点的电压均为零。但如果三相负载不对称，且无中性线或中性线阻抗较大，那么中性点就会出现电压，这种现象称为中性点位移现象。 4操作过电压——因断路器分合操作及短路或接地故障引起的暂态电压升高，称为操作过电压； 5谐振过电压——因断路器操作引起电网回路被分割或带铁芯元件趋于饱和，导致某回路感抗和容抗符合谐振条件，可能引起谐振而出现的电压升高，称为谐振过电压。 6电气主接线——主要是指在发电厂、变电所、电力系统中，为满足预定的功率传送方式和运行等要求而设计的、表明高压电气设备之间相互连接关系的传送电能的电路。 7双母线接线——它具有两组母线：工作母线I和备用母线l。每回线路都经一台断路器和两组隔离开关分别接至两组母线，母线之间通过母线连络断路器(简称母联)连接，称为双母线接线。 8一个半断路器接线——每两个元件(出线或电源)用三台断路器构成一串接至两组母线，称为一个半断路器接线，又称3/2接线。 9厂用电——发电厂在启动、运转、停役、检修过程中，有大量以电动机拖动的机械设备，用以保证机组的主要设备和输煤、碎煤、除灰、除尘及水处理等辅助设备的正常运行。这些电动机以及全厂的运行、操作、试验、检修、照明等用电设备都属于厂用负荷，总的耗电量，统称为厂用电。 10厂用电率——厂用电耗电量占发电厂全部发电量的百分数，称为厂用电率。厂用电率是发电厂运行的主要经济指标之一。 11经常负荷——每天都要经常连续运行使用的电动机；． 12不经常负荷——只在检修、事故或机炉起停期间使用的负荷；’’ 13连续负荷——每次连续运转2h以上的负荷； 14短时负荷——每次仅运转10—120min的负荷；： 15断续负荷——反复周期性地工作，其每一周期不超过10min的负荷。 16电动机的自起动——厂用系统中正常运行的电动机，“当其供电母线电压突然消失或显著
浅谈煤矿供电系统存在的问题和解决办法 文章在分析淮南矿业集团现有大型煤矿供电系统现状的基础上，指出了继电保护整定困难、谐波污染严重、系统谐振、电气连接部分发热、电压波动范围大是煤矿供电系统存在的主要问题，并给出了具体的解决方法。这些方法已在各新建矿井应用，取得了较好的效果。 标签：煤矿供电系统继电保护谐波谐振 0 引言 煤矿生产中比较关键的辅助系统就是煤矿供电系统，煤矿供电系统安全、可靠的运营对煤矿的正常生产及运行有十分重要的意义。目前，煤炭生产技术的迅速发展，大大提高了矿井煤炭的产量，煤矿作业中也运用了大功率采煤机组和运输设施，井下供电系统承担的负荷就越来越多，这就要求整个供电系统必须提高供电质量。笔者根据淮南矿业集团现有煤矿供电系统的现状，分析了煤矿供电系统中常见的问题，并给出了具体的解决方法。 1 矿井供电系统存在的问题 目前，大功率采煤机组和运输设备被广泛采用，也获得了很好的发展，这就要求整个煤矿供电系统应该提升自身的供电质量。 同时，新设备的广泛运用也为煤矿供电系统制造了困扰，比如井下压降过大、系统谐波和谐振、电力设备发热以及继电保护整定值配合等问题。在某些情况下，这些问题会威胁到整个矿井的安全生 产。 1.1 继电保护整定困难 继电保护的整定及配置技术在目前的电力部门的输配电系统中的应用已相当成熟。煤矿供电系统在自身的运营结构及方法的基础上，适当引进了供电部门配电系统的继电保护整定和配置原则，但煤矿供电系统的运行结构和方式都有自己的特点，如井下线路级数多、每条线路相对要短、负荷量大等。 1.2 谐波污染加重 电力电子技术在最近几年获得较快的发展，很多功率较大、性能较高的开关器件被广泛应用于煤矿生产活动中。其中，很多电力电子设施也被逐步采用，如变频器、可控硅等，但同时也制造了很多谐波，造成电网电压产生波形畸变。很多变电所供电系统注入3次、5次、7次、11次谐波电流超标。
一、负荷计算与变压器选择 工作面电力负荷计算是选择变压器和移动变电站台数、容量的依据，也是配电网络计算的依据之一。 1、负荷统计 按表1-1内容，把工作面的每一种负荷进行统计。 表1-1 工作面负荷统计表格式 平均功率因数计算公式： en e e en en e e e e pj P P P P P P ++++++=...cos ...cos cos cos 212211???? 加权平均效率计算公式：
en e e en en e e e e pj P P P P P P ++++++=......212211ηηηη 注：负荷统计表的设计参考北京博超公司的负荷统计表的设计 2、负荷计算 1）变压器需用容量b S 计算值为： pj e x b P K S ?cos ∑= ()KVA 2）单体支架各用电设备无一定顺序起动的一般机组工作面，按下式计算需用系数： ∑+=e x P P K max 714 .0286.0 3）自移式支架，各用电设备按一定顺序起动的机械化采煤工作面，按下式计算需用系数： ∑+=e x P P K max 6 .04.0 max P ——最大一台电动机功率，kw 。
井下其它用电设备需用系数及平均功率因数表
二、高压电缆选择计算和校验 1、按长时负荷电流选择电缆截面 长时负荷电流计算方法：pj pj e x e g U k P I η?cos 3103 ??= ∑ ∑e P ——高压电缆所带的设备额定功率之和kw ；（见变压器负荷统计中的结果） x k ——需用系数；计算和选取方法同前。（见变压器负荷统计中的结 果） e U ——高压电缆额定电压(V) V 10000、V 6000； pj ?cos ——加权平均功率因数； （见变压器负荷统计中的结果） pj η——加权平均效率。0.8-0.9 2、电缆截面的选择 选择要求是： g y I KI ≥ ―> 长时最大允许负荷电流应满足： K I I g y ≥，初步筛选出符合条件 的电缆 g I ——电缆的工作电流计算值，A ； y I ——环境温度为C o 25时电缆长时允许负荷电流，A ； K ——环境温度校正系数。
一、负荷计算与变压器选择 工作面电力负荷计算是选择变压器和移动变电站台数、容量的依据，也是配电网络计算的依据之一。 1、负荷统计 按表1-1内容，把工作面的每一种负荷进行统计。 平均功率因数计算公式： en e e en en e e e e pj P P P P P P + + ++ + + = ... cos ... cos cos cos 2 12 2 1 1 ?? ? ? 加权平均效率计算公式： en e e en en e e e e pj P P P P P P + + ++ + + = ...... 2 12 2 1 1η η η η 注：负荷统计表的设计参考北京博超公司的负荷统计表的设计
2、负荷计算 1）变压器需用容量 b S 计算值为： pj e x b P K S ?cos ∑= ()KVA 2）单体支架各用电设备无一定顺序起动的一般机组工作面，按下式计算需用系数： ∑+=e x P P K max 714 .0286.0 3）自移式支架，各用电设备按一定顺序起动的机械化采煤工作面，按下式计算需用系数： ∑+=e x P P K max 6 .04.0 max P ——最大一台电动机功率，kw 。
二、高压电缆选择计算和校验 1、按长时负荷电流选择电缆截面 长时负荷电流计算方法：pj pj e x e g U k P I η?cos 3103 ??= ∑ ∑e P ——高压电缆所带的设备额定功率之和kw ； （见变压器负荷统计中的结果） x k ——需用系数；计算和选取方法同前。（见变压器负荷统计中的结果） e U ——高压电缆额定电压(V) V 10000、V 6000； pj ?cos ——加权平均功率因数； （见变压器负荷统计中的结果） pj η——加权平均效率。0.8-0.9 2、电缆截面的选择 选择要求是： g y I KI ≥ ―> 长时最大允许负荷电流应满足： K I I g y ≥ ，初步筛选出符合条件的电缆 g I ——电缆的工作电流计算值，A ； y I ——环境温度为C o 25时电缆长时允许负荷电流，A ； K ——环境温度校正系数。 不同环境温度下的电缆载流量修正系数K
电力系统风险评估综述 引言 随着电网规模的日益扩大，电力系统取得了巨大联网效益，但是同时电网结构也日益复杂，进而导致发输电元件的故障率不断增加，电网运行中的不确定性和随机性问题也越来越突出，对电力系统安全分析的要求也越来越高。 电力系统运行风险评估的目的是为了评估扰动事件对系统的潜在影响程度，评估的内容主要包括扰动事件发生的可能性与严重性两个方面的问题。这一概念由CIGRE 于1997年在文献[1]中第一次明确地提出，其目的是要对电力系统运行中的不确定性进行定量化分析。McCalley 在文献[2]中对运行风险评估的内涵和重要性进行了较全面的论述。具体来所，其目的是为了让调度运行人员更好的了解电网的运行状况及采取每项决策所要承担的风险，首先是评估电力系统运行中的不确定性因素，建立风险指标体系，然后是研究在调度运行中如何应对风险、合理决策，例如基于风险的最优潮流等[3]。 基本概念 1 定义 文献[4]中，著名电力专家Vittal 给出了风险评估的基本定义，即对电力系统面临的不确定性因素，给出可能性与严重性的综合度量,其数学表达式为 ()()(),isk f r i ev i f i R X P E S E X =?∑ (1) 式中:.f X 表示系统的运行方式； i E 表示第i 个故障； ()r i P E 表示故障i E 发生的概率； (),ev i f S E X 表示在f X 的运行方式下发生第i 个故障后系统的严重程度；
() R X表示系统在f X运行方式下的运行风险指标。 isk f 文献[4]中指出，区别于电网确定性分析方法，运行风险分析实质上是传统可靠性研究与电网调度自动化的有机结合与提升。 2 风险评估与传统安全分析的关系 对电力系统安全的研究经历了确定性评估方法、概率评估方法和风险评估方法三个阶段。 传统的能量管理系统（EMS）一直采用的是确定性模型及其分析方法，即最多在确定预想事故集时将最有可能发生的预想事故多考虑进来，按经验来考虑事故发生的可能性但并未进行量化分析，但是实际上电力系统运行中存在着很多不确定因素，采用确定性模型并不能严格描述电力系统的。虽然传统的EMS也是基于全局分析，但无法给出全网的不确定性量化指标，运行风险评估与之相比在于其科学性，运行风险指标既反映扰动发生的可能性又计及其影响后果的严重性，因而科学合理。 运行风险评估与传统电力可靠性分析都是用来研究电力系统的不确定性，所使用的不确定性模型是基本一致的，文献[5]中，从应用数学全空间认识的角度来看指出，风险评估问题与传统可靠性问题所要解决的模型是基本一致的。其主要区别是应用场合不同，基于概率的不确定性分析最早的应用是发电系统概率可靠性评估、发输电组合系统概率可靠性评估，其主要应用领域是电力系统中长期规划，适用于规划设计部门。运行风险评估面向调度运行部门，其主要功能是由当前的电网运行方式和设备信息来预测未来短时间内的运行风险信息并给出预防控制策略。 主要内容 电力系统风险评估主要包括以下几个方面的内容[6]： 1.确定元件停运模型； 2.选择系统状态和计算他们的概率； 3.评估所选状态的后果； 4.计算风险指标； 5.依据风险指标进行辅助决策。
电力系统名词解释 1 简介 在交流电路中，由电源供给负载的电功率有两种：一种是有功功率（P ），一种是无功功率（Q ）。它 们的矢量和为视在功率（S ），S ＝22Q P + 。 有功功率――保持用电设备正常运行所需的电功率，即将电能转换为其它形式的能量（如：机械能、 热能、光能等等） 无功功率――用于电路内电场和磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的功率（如：电 动机的转子磁场、变压器原边产生的磁场、交流接触器等），由于它不对外做功，才被称之为“无功”。 无功对电力系统的影响： a) 降低发电机有功功率的输出。（发、输、变、配及用电设备的额定容量指的是视在功率） b) 降低输、变电设备的供电能力。 c) 造成电路电压损失增大和电能损耗的增加。 d) 造成低功率因数运行和电压下降，使电气容量得不到充分的发挥。 功率因数――电网中的电力负荷如：电动机、变压器等，属于既有电阻又有电感的电感性负载。电 感性负载的电压和电流的相量间存在一个相位差，通常用相位角 ?的余弦cos ?来表示，cos ?称为功 率因数，又叫力率。 一次二次回路――对于电气设备，如发电机、电动机、变压器、断路器、隔离开关、接触器、电动 机起动装置等，都同时具有两种接线，一种是与电源连接的主回路，它是把电网的电流接到设备上做功的主体元件，输送的是大电流；另一种是主体元件的辅助电路，如监察测量仪表、控制及信号装置、继电保护装置、自动控制及监测或反馈装置、远动装置等，这些装置一般是由互感器、蓄电池组、低压电源继电器、插件、供电装置等组成，它们的工作状态及逻辑功能决定着主体元件的工作状态并监控主体元件，这些装置使用低电压、小电流却控制着主回路的高电压、大电流。我们把这些装置的接线称为二次接线或二次回路、辅助回路，而把主体元件的主回路称为一次接线或一次回路、主回路。二次回路用于监视测量仪表，控制操作信号，继电器和自动装置的全部低压回路均称二次回路，二次回路依电源及用途可分为以下几种回路：（ 1 ）电流回路；（ 2 ）电压回路；（ 3 ）操作回路；（ 4 ）信号回路。对于电力系统中的高压成套配电设备，二次回路通常使用直流220V 或110V 作为其工作电源，一般电力系统中的低压成套配电设备，则使用交流220或380V （直接从主回路上取电源）作为工作电源。另外，对于发电厂的高低压配电设备，由于其设备的运行重要性，一般都使用直流220V 或110V 作为其工作电源。
煤矿供电设计规范 Jenny was compiled in January 2021
一、负荷计算与变压器选择 工作面电力负荷计算是选择变压器和移动变电站台数、容量的依据，也是配电网络计算的依据之一。 1、负荷统计 按表1-1内容，把工作面的每一种负荷进行统计。 表1-1 工作面负荷统计表格式 平均功率因数计算公式： en e e en en e e e e pj P P P P P P + + ++ + + = ... cos ... cos cos cos 2 12 2 1 1 ?? ? ? 加权平均效率计算公式： en e e en en e e e e pj P P P P P P + + ++ + + = ...... 2 12 2 1 1η η η η
注：负荷统计表的设计参考北京博超公司的负荷统计表的设计 2、负荷计算 1）变压器需用容量b S 计算值为： pj e x b P K S ?cos ∑= ()KVA 2）单体支架各用电设备无一定顺序起动的一般机组工作面，按下式计算需用系数： ∑+=e x P P K max 714 .0286.0 3）自移式支架，各用电设备按一定顺序起动的机械化采煤工作面，按下式计算需用系数： ∑+=e x P P K max 6 .04.0 max P ——最大一台电动机功率，kw 。
井下其它用电设备需用系数及平均功率因数表
二、高压电缆选择计算和校验 1、按长时负荷电流选择电缆截面 长时负荷电流计算方法：pj pj e x e g U k P I η?cos 3103 ??= ∑ ∑e P ——高压电缆所带的设备额定功率之和kw ；（见变压器负荷统计中 的结果） x k ——需用系数；计算和选取方法同前。（见变压器负荷统计中的结 果） e U ——高压电缆额定电压(V) V 10000、V 6000； pj ?cos ——加权平均功率因数； （见变压器负荷统计中的结果） pj η——加权平均效率。、电缆截面的选择 选择要求是： g y I KI ≥
额定电压：电力系统中的发电、输电、配电和用电设备都是按一定标准电压设计和制造的，在这以标准下运行，设备的技术性能和经济指标将达到最好，这一标准电压称之为额定电压。 2. 分裂导线：引致损失发生或者增加损失程度的条件。 3. 负荷：电力系统中用电设备所消耗的功率的总和。 4. 变压器的变比：三相电力系统计算中，变压器的变比指两侧绕组空载线电压的比值s。 5. 标幺值：电力系统计算中，阻抗、导纳、电压、电流及功率用相对值表示，并用于计算，这种运算形式称为标幺制。一个物理量的标么值是指该物理量的实际值与所选基准值的比值。 6. 电压降落：网络元件的电压降落是指元件始末两端电压的相量差，是相量。 7. 电压偏移：线路始端或末端电压与线路额定电压的数值差，是标量。 8. 电压损耗：两点间电压绝对值之差，是标量。 9. 输电效率：线路末端输出的有功功率与线路始端输入的有功功率的比值，常用百分值表示。 10. 最大负荷利用小时数：如果负荷始终等于最大值Pmax，经过Tmax小时后所消耗的电能恰好等于全年的用电量，Tmax称之为最大负荷利用小时数。 11. 最大负荷损耗时间τ：如果线路中输送的的功率一直保持为最大负荷功率Smax，在τ小时内的能量损耗恰等于线路全年的实际电能损耗，则称τ为最大负荷损耗时间。 12. PQ节点：这类节点的有功功率和无功功率是给定的，节点电压的幅值和相位是待求量。通常变电所都是这一类型的节点 13. PV节点：这类节点的有功功率和电压幅值是给定的，节点的无功功率和电压的相位是待求量。 14. 平衡节点：它的电压幅值和相位已给定，而其有功功率和无功功率是待求量。 15. 耗量微增率：耗量特性曲线上某点切线的斜率，表示在该点的输入增量与输出增量之比。 16. 等耗量微增率准则：按耗量微增率相等的原则在各机组间分配负荷，可使消耗的一次能源最少。 17. 电源有功功率静态频率特性：发电机组的原动机机械功率与角速度或频率的关系。 18. 单位调节功率：发电机组有功功率特性曲线的斜率称为发电机的单位调节功率。KG＝－ΔP/Δf 19. 频率的一次调整：对于负荷变动幅度小，周期较短而引起的频率变化进行的调整称为频率的一次调整，采用发电机组上装设的调速系统完成. 20. 频率的二次调整：对于负荷变动较大、周期较长引起的频率偏移进行调整。采用发电机组上装设的调频系统完成。 21. 无差调节：无差调节是指负荷变动时，经过自动调速系统的调整作用，原动机的转速或频率能够恢复为初值的调节。 22. 有差调节：有差调节是指负荷变动时，经过自动调速系统的调整作用，原动机的转速或频率不能恢复为初值的调节。 23. 有功功率平衡：电源发出的有功功率应满足负荷所消耗的有功功率和传送电功率时在网络中损耗的有功功率之和。电源所发出的有功功率应能随负荷、网络损耗的增减二相应调整变化，才可保证整个系统的有功功率平衡。 24. 无功功率平衡：电力系统无功功率平衡的基本要求是：系统中的无功电源可能发出的无功功率应该大于或至少等于负荷所需的无功功率和网络中的无功损耗之和。25. 同步调相机：同步调相机相当于空载运行的同步电动机。在过励磁运行时，它向系统供给感性无功功率起无功电源的作用；在欠励磁运行时，它从系统吸取感性无功功率起无功负荷作用。 26. 电压中枢点：指某些能反映系统电压水平的主要发电厂或变电所母线。 27. 逆调压：在大负荷时，线路的电压损耗也大，如果提高中枢点电压，就可以抵偿掉
煤矿供电计算公式 井 下 供 电 系 统 设 计 常 用 公 式 及 系 数 取 值
目录： 一、短路电流计算公式 1、两相短路电流值计算公式 2、三相短路电流值计算公式 3、移动变电站二次出口端短路电流计算 （1）计算公式 （2）计算时要列出的数据 4、电缆远点短路计算 （1）低压电缆的短路计算公式 （2）计算时要有计算出的数据 二、各类设备电流及整定计算 1、动力变压器低压侧发生两相短路，高压保护装值电流整定值 2、对于电子高压综合保护器，按电流互感器二次额定电流（5A）的1-9倍分级整定的计算公式 3、照明、信号、煤电钻综合保护装置中电流计算 （1）照明综保计算公式 （2）煤电钻综保计算公式 4、电动机的电流计算 （1）电动机额定电流计算公式 （2）电动机启动电流计算公式 （3）电动机启动短路电流 三、保护装置计算公式及效验公式 1、电磁式过流继电器整定效验 （1）、保护干线电缆的装置的计算公式 （2）、保护电缆支线的装置的计算公式 （3）、两相短路电流值效验公式 2、电子保护器的电流整定 （1）、电磁启动器中电子保护器的过流整定值 （2）、两相短路值效验公式 3、熔断器熔体额定电流选择 （1）、对保护电缆干线的装置公式 （2）、选用熔体效验公式 （3）、对保护电缆支线的计算公式 四、其它常用计算公式 1、对称三相交流电路中功率计算 （1）有功功率计算公式 （2）无功功率计算公式 （3）视在功率计算公式
（4）功率因数计算公式 2、导体电阻的计算公式及取值 3、变压器电阻电抗计算公式 4、根据三相短路容量计算的系统电抗值 五、设备、电缆选择及效验公式 1、高压电缆的选择 (1) 按持续应许电流选择截面公式 (2) 按经济电流密度选择截面公式 (3) 按电缆短路时的热稳定（热效应）选择截面 ①热稳定系数法 ②电缆的允许短路电流法（一般采用常采用此法） A、选取基准容量 B、计算电抗标什么值 C、计算电抗标什么值 D、计算短路电流 E、按热效应效验电缆截面 (4) 按电压损失选择截面 ①计算法 ②查表法 (5)高压电缆的选择 2、低压电缆的选择 （1）按持续应许电流选择电缆截面 ①计算公式 ②向2台或3台以上的设备供电的电缆，应用需用系数法计算 ③干线电缆中所通过的电流计算 （2）按电压损失效验电缆截面 ①干线电缆的电压损失 ②支线电缆的电压损失 ③变压器的电压损失 (3) 按起动条件校验截面电缆 (4) 电缆长度的确定 3、电器设备选择 （1）变压器容量的选择 （2）高压配电设备参数选择 ①、按工作电压选择 ②、按工作电流选择 ③、按短路条件校验 ④、按动稳定校验 （3）低压电气设备选择